在通信網絡設備領域，高速系統的發展趨勢對PCB材料的電氣性能提出了更高的要求。同時，為了提高電子產品的價格競爭力，必須在材料成本控制方面考慮更多因素。如何選擇既符合電氣性能又具有價格競爭力的材料已成為PCB設計人員在通信網絡領域的共同關注點。 PCBCart是一家中國的高品質PCB制造商，提供不同材料的各種PCB，專業選擇合適的材料，滿足高電氣性能和低成本的要求。本文主要討論了PCB材料選擇的步驟和方法，包括Dk/Df測試和識別，銅箔粗糙度的混合應用，信號完整性仿真和測試。此外，在材料選擇過程中，分析不同水平的材料之間的價格比較和相同水平的材料之間的材料比較，以降低PCB成本。

PCB的驅動元件通信網絡設備及其對材料開發的影響

應用于通信網絡設備的PCB設計包含三個方面的驅動：高速，高密度和低成本，對開發有相應的影響PCB材料，可以在下面的圖1中進行總結。

PCB材料選擇的注意事項

在PCB設計過程中，PCB材料的選擇主要取決于以下因素：成本，電氣性能，可加工性，耐熱能力，UL認證等。

材料價格會影響PCB的整體成本;材料的電性能與信號完整性直接相關;材料的可加工性和耐熱性決定了PCB的可靠性; UL兼容性材料是UL證書申請的特權。在所有這些要考慮的因素中，在所有領域的產品PCB設計過程中都應考慮可加工性，耐熱性和UL認證。

然而，對于通信網絡中的PCB，PCB由于從高速到低速的不同級別的要求，需要不同級別的材料。電氣性能和材料成本通常相互作用，因此具有更高等級的材料通常具有優異的電性能，但也具有高成本。此外，由于材料類型不同，同類材料之間會出現價格差異。

如何確定一種既能滿足電氣性能要求又能滿足要求的材料呢？ PCB和考慮成本控制在于準確判斷和識別Dk/Df，其表現出電氣性能參數，銅箔與低粗糙度的匹配，以確保所有類型材料之間的電氣性能和成本差異。

因此，在本文中，從PCB材料選擇方面分析了電氣性能和成本兩個方面。

如何平衡PCB材料選擇中的電氣性能和成本

?在電氣性能（Dk/Df）方面識別和比較PCB材料

為了使所選材料符合要求信號完整性的第一個任務在于P之間的判斷和比較CB材料的電氣性能（Dk/Df）。

a。材料間電氣性能的比較方法和判斷標準

不同供應商的材料之間的電氣性能比較應采用相同的試驗方法并在相同條件下進行，以提供相當客觀的參考。

盡管供應商提供的規格中提供了相應預浸料和核心板的Dk/Df值，但直接參考規格數據是不可接受的或科學的。 PCB材料之間的真實電氣性能比較應取決于實驗數據，因為測試方法和測試條件因供應商而異。即使采用相同的測試方法，由于操作不同，仍可能存在差異。

PCB材料電性能的判斷標準是Dk和Df的值及其穩定性每個頻率。低Dk/Df將降低插入損耗，應該注意到，在越來越高速的設計中，Df比Dk作為參數更重要。穩定性是指隨著測試頻率的增加，Dk/Df不應該明顯改變，這對信號完整性沒有好處。以下公式表示Dk/Df與插入損耗之間的關系：

b。基于實際測試結果的材料之間的比較樣本

1、樣品測試數據累積

0級和1級材料顯示出更好的電氣性能，它們僅適用于超高速PCB。表1顯示了Dk/Df測試后兩類中8種材料的結果比較。

2、 Dk的比較

根據表1，如果根據規格數據進行比較，則Dk的順序應為6> 3> 5> 7> 8> 4> 2 = 1根據其影響。

然而，在相同條件下，根據其影響，Dk的順序應為6> 5> 8> 3> 7> 4> 2> 1，這是一個合理的結果。此外，可以得出結論，隨著測試頻率的上升，Dk通常隨之變化。根據測試結果，每種材料的Dk在10GHz和15GHz時表現出優異的穩定性，其變化在0.03以內。

3、 Df的比較

根據表1，如果根據spec的數據進行比較，則Df的順序應為6> 5> 7> 8> 3> 2 = 1> 4，根據其影響。

然而，在相同條件下，Df的順序應根據其影響5> 8> 3> 6> 4> 7> 2> 1 ，這是一個合理的結果。此外，可以得出結論，隨著測試頻率的上升，Df通常也會上升。根據測試結果，每種材料的Df在10GHz和15GHz下表現出優異的穩定性，其變化在0.0005以內。

4、材料的電氣性能比較和判斷

根據本節的a部分，材料5具有最佳的電氣性能，因為它具有最好的Df和相對優異的Dk。接下來是第8號，因為它在Dk和Df方面就在第5號之后。然后是第3名。雖然第6名是最好的Dk，Df只是第四名。接下來是4號和7號。電氣性能是1號材料的最差表現。總之，電性能的順序應為5> 8> 3> 6> 4> 7> 2> 1.

?低粗糙度銅箔的應用

下面的公式表明了銅箔粗糙度與趨膚效應和導體損耗之間的關系。

公式， a cond，粗糙 是指導體的插入損耗; R RMS 是指銅箔的粗糙度; δ指皮膚效應; f 指頻率; μ和σ是指材料的導電率和滲透率。

基于這個公式，可以得出結論，粗糙度的增加銅箔會導致導體損耗增加。普通銅箔的粗糙度通常大于6μm。由于高速信號的傳輸要求，開發并應用了反向處理箔（RTF）和VLP銅箔，其銅箔粗糙度約為3μm。對高速信號的更高要求促進了HVLP或類似銅箔的1μm至2μm的粗糙度。

在PCB材料選擇過程中，配置低粗糙度銅箔以減少插入損耗并改善材料的電氣性能。根據實驗，可以總結出從4號材料開始，應拾取RTF或VLP銅箔，并將其升級為HVLP或類似銅箔，以便提高材料的電性能，導體插入損耗降低。隨著頻率的升高，由銅箔粗糙度差異引起的插入損耗的差異變得越來越明顯。低粗糙度銅箔的配置能夠降低高頻情況下的插入損耗。

?PCB材料與信號完整性仿真和測試驗證和測定的兼容性

一個。信號完整性仿真驗證PCB材料電氣性能的兼容性

信號完整性仿真能夠預測系統性能并評估材料電性能的兼容性。仿真有兩種形式：預仿真和后仿真。

預仿真，也稱仿真仿真，是指設計前的仿真。預模擬的目的在于意識到傳輸線的特征阻抗，通孔電容效應以及線間間距對傳輸信號的影響，這將有利于PCB布線設計。在這個階段，PCB材料的Dk/Df也受到關注，只是初步評估。

后仿真是指在PCB制造之前的疊層和布線設計之后的正確性檢查。它基于最終設計參數實現，涵蓋傳輸質量仿真和串擾仿真。利用PCB設計過程中添加的后仿真流程圖，基于后仿真結果，可以確定以前的PCB材料電性能是否合適。

b。通過信號完整性測試確定的材料兼容性

對整個系統進行信號完整性測試是檢查產品的性能。低損耗或低Dk/Df的材料是通信網絡PCB設計過程中需要考慮的重要因素。在高速設計中，PCB材料的Dk/Df對介電損耗的貢獻很大，因為PCB材料的Df與介電損耗正相關，而Dk在某種程度上也有貢獻，從而影響整個系統的損耗。基于材料Dk的設計優化將影響阻抗連續性，直接影響回波損耗和串擾。

由于PCB材料的電氣性能對高速設備系統有很大影響，系統信號完整性測試的實施包括網絡信號質量，軌道崩潰和電磁干擾能夠幫助檢查以前PCB材料的兼容性。測試方法包括阻抗分析儀，矢量網絡分析儀和時域反射器。

?PCB材料差異導致的PCB成本變化

為了選擇由多種材料制成的低成本材料，PCB材料之間的差異導致的PCB成本變化必須充分了解。

由于每種材料都有自己的芯板和預浸料，如果僅在一種類型的芯板和預浸料或有限類型上實施價格比較，則在材料成本比較過程中會產生偏差，這會誤導PCB材料的選擇。因此，必須對所有普通核心板和預浸料進行價格比較，計算出平均值，以便明確PCB價格差異。

值得注意的是PCB價格也受到其他因素的影響設計參數。本文僅關注PCB材料差異帶來的PCB成本降低比例。

a。不同電氣性能水平的PCB材料引起的PCB成本差異

通過仿真可以得出結論，低水平材料的應用比高水平材料的成本節約更加顯著。

灣由同一類別中的最佳材料選擇引起的PCB成本差異

即使在同一類別中，這些材料之間也存在價格差異。在電氣性能兼容的特權下，應首先應用具有價格優勢的材料，以便節省成本。對于PCBCart，您可以使用PCB計算器，根據您的設計要求可以拾取不同類型的材料。當然，不同的材料選擇會導致不同的報價結果。

?信號完整性仿真避免PCB材料選擇超過設計

在PCB設計過程中，如果高等級材料應用于低等級材料可以完全達到信號完整性的產品，則會產生PCB成本浪費，這被稱為PCB材料選擇過度設計。

通過型號完整性模擬，可以避免過度設計的問題，從而可以拾取合適類別的PCB材料，通過降低材料等級來提高成本。

?應用特殊設計改進插入損耗和信號傳輸質量增加使用低等級材料的可能性

a。 Backdrill和盲目通過設計

背鉆和盲孔設計能夠減少和消除由通孔電鍍引起的信號傳輸影響，因為電鍍通孔可以看作是一種可以提高信號傳輸質量的電路。

灣表面處理

基于對PCB表面光潔度的一些研究，可以證實對于高速PCB，無鎳表面處理的應用有助于減少插入損耗，從而實現材料的可能性可以增加低級別的應用程序。 OSP和浸銀均可采用高速PCB作為表面處理。此外，OSP PCB由于其低成本而具有更多優點。

c。采用高級和低級材料混合疊層降低材料等級

由于一些關鍵信號走線僅分布在高速PCB中的某些層上，所以低級甚至是普通材料材料可以應用在沒有高速信號線的核心板上，這可以大大降低成本。